(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する廃水を、非生物担体を保持する反応槽に通水して該担体に付着した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の立ち上げに際して、該反応槽に非生物担体とメタン菌グラニュールとを、非生物担体とメタン菌グラニュールの体積比が１００：５〜１００：５００の範囲で存在させた状態で該有機性廃水の通水を開始し、その後、有機性廃水の通水を継続することにより、該反応槽内のメタン菌グラニュールの少なくとも一部を解体、分散化させる方法であって、該非生物担体が樹脂製担体であり、該メタン菌グラニュールの平均粒径が０．５〜３.０ｍｍであることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記有機性排水の有機物濃度が２０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ以下であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記反応槽は流動床式反応槽であり、前記有機性排水は該反応槽に上向流で通水されることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、該反応槽の汚泥負荷が０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙであることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記非生物担体の平均粒径が１〜５ｍｍであり、前記メタン菌グラニュールの平均粒径は該非生物担体の平均粒径の０．１〜０．６倍であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機性排水の処理方法に係り、詳しくは、有機物を含有する廃水を、非生物担体を保持する反応槽に通水して該担体に付着した嫌気性微生物により生物学的に処理する方法において、運転開始に際して担体への微生物の付着を促進して担体表面に活性の高い生物膜を早期に形成させることにより、装置の立ち上げに要する時間を大幅に短縮すると共に、装置の立ち上げ後においても効率的な処理を行う有機性排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物を含有する廃水（有機性廃水）の処理方法として、メタンガスの回収、再利用が可能な嫌気処理法は、広く産業廃水の処理方法として用いられている。中でも、高密度で沈降性の大きいグラニュール汚泥を形成し、溶解性ＢＯＤを含む有機性廃水を上向流通液して、スラッジブランケットを形成した状態で接触させて高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow  Anaerobic  Sludge  Blanket：上向流嫌気性スラッジブランケット）法は、特に中〜高濃度廃水を処理する方法として発展してきた。また、このＵＡＳＢ法を発展させたものとして、高さの高い反応槽を用いてさらに高流速で通液し、スラッジブランケットを高展開率で展開させて、さらに高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Expanded  Granule  Sludge  Blanket）法も実用化されている。
【０００３】
これらのグラニュールを用いた処理方法は、主に高濃度廃水に適用されており、通常、ＣＯＤＣｒ濃度として２０００ｍｇ／Ｌ以下程度の低濃度廃水には適用されていない。これは、グラニュールを用いた反応槽では、グラニュールが反応槽から流出してしまう可能性があり、低濃度廃水ではグラニュールの流出量が槽内での増殖量を上回る場合が多く、グラニュールを反応槽内に長期間維持することが難しいためである。
【０００４】
従来、低濃度廃水に対しては、グラニュールではなく、固定床や流動床担体を使用する方法が適用されてきた。固定床担体は生物膜を保持する支持床を反応槽内部に固定し、その表面に生育する微生物を利用するものであり、流動床担体は比重や大きさを調整した担体を反応槽内部で流動させて、担体表面に形成される生物膜を用いて処理を行うものである。
【０００５】
固定床担体、流動床担体を問わず、非生物担体を用いる場合には、担体への微生物の付着に時間がかかり、結果として装置の立ち上げに多大な時間を要するという大きな欠点があった。従来、装置の立ち上げに際しては、分散状態の種汚泥を担体を保持する反応槽内に投入して種汚泥が流出しないように通水量を抑えた条件で立ち上げ運転を行い、生物膜が担体表面に形成されるのを待って通常運転を行う方法が取られてきたが、この方法では、例えば後掲の比較例１に示されるように、装置の立ち上げに９０日もの長い時間を必要とする。
【０００６】
特許文献１には、担体とグラニュールとが混在したミックスベッド式の反応槽が提案されているが、この特許文献１に記載される反応槽は、常に反応槽内に担体とグラニュールとが混在したミックスベッドを形成するものであり、反応槽内のグラニュールが解体、分散化しないような制約された条件で運転を行う必要がある。
【０００７】
特許文献２には、ＵＡＳＢ法による処理において、装置立ち上げ時に反応槽から流出した汚泥を反応槽に返送するために、反応槽の後段に設置した担体カラム槽内の担体に流出汚泥を付着させて反応槽に返送することが記載されているが、装置立ち上げ時の反応槽内の担体への微生物の付着を促進するものではない。
【０００８】
また、特許文献３には、ＵＡＳＢ法による処理において、ブランケット部に高吸水性高分子ヒドロゲル粒子を存在させておくことにより、立ち上げ時のグラニュールの形成を促進することが記載されているが、この方法も、固定床や流動床担体を使用する方法において、担体への微生物の付着を促進するものではない。
【０００９】
なお、特許文献４の実施例に記載されるように、ＵＡＳＢ法において、反応槽の立ち上げ時に他系統のＵＡＳＢ反応槽から得られたグラニュール汚泥を種汚泥として投入することは行われているが、固定床や流動床担体を使用する方法において、反応槽の立ち上げ時にグラニュール汚泥を投入することは行われていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−７５９８２号公報
【特許文献２】特開平３−１０９９９８号公報
【特許文献３】特開平７−３９８９６号公報
【特許文献４】特開２００２−１７２３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、有機物を含有する廃水を、非生物担体を保持する反応槽に通水して該担体に付着した嫌気性微生物により生物学的に処理する方法において、運転開始に際して担体への微生物の付着を促進して担体表面に活性の高い生物膜を早期に形成させることにより、装置の立ち上げに要する時間を大幅に短縮すると共に、装置の立ち上げ後においても効率的な処理を行うことができる有機性排水の処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、非生物担体を保持する反応槽の立ち上げに際して、該反応槽に、種汚泥としてメタン菌グラニュールを非生物担体に対して所定の割合で添加し、運転開始初期のみ反応槽内にメタン菌グラニュールを存在させ、その後はメタン菌グラニュールを解体、分散化させるような運転条件を採用することにより、上記課題を解決することができることを見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１４】
［１］  有機物を含有する廃水を、非生物担体を保持する反応槽に通水して該担体に付着した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の立ち上げに際して、該反応槽に非生物担体とメタン菌グラニュールとを、非生物担体とメタン菌グラニュールの体積比が１００：５〜１００：５００の範囲で存在させた状態で該有機性廃水の通水を開始し、その後、有機性廃水の通水を継続することにより、該反応槽内のメタン菌グラニュールの少なくとも一部を解体、分散化させる方法であって、該非生物担体が樹脂製担体であり、該メタン菌グラニュールの平均粒径が０．５〜３.０ｍｍであることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【００１５】
［２］  ［１］において、前記有機性排水の有機物濃度が２０００ｍｇ−ＣＯＤＣｒ／Ｌ以下であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【００１６】
［３］  ［１］又は［２］において、前記反応槽は流動床式反応槽であり、前記有機性排水は該反応槽に上向流で通水されることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【００１７】
［４］  ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、該反応槽の汚泥負荷が０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙであることを特徴とする有機性排水の処理方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、有機物を含有する廃水を、非生物担体を保持する反応槽に通水して該担体に付着した嫌気性微生物により生物学的に処理する方法において、運転開始に際して担体への微生物の付着を促進して担体表面に活性の高い生物膜を早期に形成させることにより、装置の立ち上げに要する時間を大幅に短縮すると共に、装置の立ち上げ後においても効率的な処理を行うことができる。
【００１９】
即ち、反応槽の立ち上げに際して反応槽に投入されたメタン菌グラニュールは、有機性排水の通水を継続することにより徐々に肥大化ないし解体し、浮上、分散、分解等により反応槽から流出して消失するが、運転開始初期においては、有機性排水のＣＯＤ成分の分解に寄与すると同時に種汚泥として担体表面への微生物の付着を促進する。
【００２０】
このため、担体表面への微生物の付着が十分でない運転開始初期においては、メタン菌グラニュール自体の作用で有機性排水のＣＯＤ成分の分解が行われると共に、担体表面への微生物の付着が促進され、担体表面に十分量の微生物が担持された後は、メタン菌グラニュールの解体、分散化でメタン菌グラニュールが反応槽から流出しても、この微生物担持担体によりＣＯＤ成分の分解が行われるようになる。
【００２１】
本発明の処理自体は、グラニュールによるものではなく、担体を使用する方法であるため、反応槽内のメタン菌グラニュールが経時により解体、分散化して流出しないような条件で運転を行う必要はなく、高負荷運転を行うことができる。
【００２２】
このようなことから、本発明によれば、装置の立ち上げに要する時間を大幅に短縮すると共に、装置の立ち上げ後においては効率的な処理を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例で用いた生物処理装置の構成を示す系統図である。
【図２】実施例１及び比較例１における処理能力の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
本発明の有機性排水の処理方法は、有機物を含有する廃水を、非生物担体を保持する反応槽に通水して該担体に付着した嫌気性微生物により生物学的に処理する有機性排水の処理方法において、該反応槽の立ち上げに際して、該反応槽に非生物担体とメタン菌グラニュールとを、非生物担体とメタン菌グラニュールの体積比が１００：５〜１００：５００の範囲で存在させた状態で該有機性廃水の通水を開始し、その後、有機性廃水の通水を継続することにより、該反応槽内のメタン菌グラニュールの少なくとも一部を解体、分散化させることを特徴とする。
【００２６】
本発明では非生物担体を充填した反応槽内に、種汚泥としてメタン菌グラニュールを投入し、反応槽の立ち上げを行うことを特徴としている。
投入されたメタン菌グラニュールは、運転を継続することにより徐々に肥大化、或いは解体し、浮上、分散、分解等により反応槽から流出して消失する。しかし、運転開始初期においては、有機性排水内のＣＯＤ成分の分解を行い、同時に種汚泥として担体表面への微生物の付着を促進して活性の高い生物膜を形成する効果を奏する。
【００２７】
本発明において、処理対象とする有機性排水は、嫌気性微生物により処理可能な有機物を含むものであればよく、そのＣＯＤ濃度に特に規定はないが、高濃度排水（ＣＯＤＣｒ濃度２０００ｍｇ／Ｌ程度超過）では、反応槽の滞留時間を長くとることができるため、ある程度の分散菌を反応槽内部に保持することが可能であり、メタン菌グラニュールを種汚泥としての添加することによる担体への生物膜付着促進効果は少ない。
【００２８】
これに対して、低濃度排水（ＣＯＤＣｒ濃度２０００ｍｇ／Ｌ程度以下）においては、高負荷処理を行うためには反応槽の滞留時間を短くする必要があり、反応槽内に分散状態の菌を保持することができない。この場合には、本発明に従って、種汚泥としてメタン菌グラニュールを使用することによる立上げ期間の短縮効果を顕著に得ることができる。
【００２９】
従って、本発明は、ＣＯＤＣｒ濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以下、例えば５００〜２０００ｍｇ／Ｌ程度の低濃度排水の処理に有効である。
このような排水としては、食品工場等の製造排水、化学工場等の有機性排水、一般下水等が含まれるが、何らこれらに限定されるものではない。
【００３０】
種汚泥として反応槽に投入するメタン菌グラニュールは、嫌気性微生物を含む汚泥が微生物の自己造粒作用により粒状化して沈降性のグラニュールとなった汚泥であり、通常のＵＡＳＢ、ＥＧＳＢ法において形成されるグラニュールを使用することができる。メタン菌グラニュールは高分子化合物から有機酸を生成する酸生成菌、酢酸や水素からメタンガスを生成するメタン生成細菌を高濃度に含んでおり、汚泥濃度として５０〜１００ｇ−ＶＳＳ／Ｌと分散状態の汚泥と比較して菌体濃度が高く、移送等に必要な設備、費用が少なくてすむ点においても有利である。
種汚泥として使用するメタン菌グラニュールの平均粒径は０．５〜３．０ｍｍ、特に０．８〜２．５ｍｍ程度で、例えば、担体として後述の流動性担体を用いる場合、その担体の平均粒径の０．１〜０．６倍程度の大きさであることが好ましい。
【００３１】
本発明においては、このようなメタン菌グラニュールを、非生物担体：メタン菌グラニュールの体積比として１００：５〜１００：５００、好ましくは非生物担体の体積に対して、メタン菌グラニュールの体積が０．０５〜２．０倍、特に０．１〜１．０倍となるように用いる。この範囲よりもメタン菌グラニュールの投入量が少な過ぎるとメタン菌グラニュールを用いることによる本発明の効果を十分に得ることができず、多過ぎると反応槽内の充填率が高くなってグラニュールが流出し易くなり、また、グラニュールの流出を防止するためには大容量の反応槽が必要となり、好ましくない。
【００３２】
本発明では、運転開始に際して、反応槽に非生物担体とメタン菌グラニュールを保持して反応槽に有機性排水（原水）を通水し、有機性排水をメタン菌グラニュール及び担体と接触させて嫌気性処理を行う。その処理方式としては特に制限はないが、ＵＡＳＢ法、ＥＧＳＢ法と同様に反応槽に原水を上向流で通水し、非生物担体とメタン菌グラニュールを展開させてスラッジブランケットを形成する方式であると、原水とメタン菌グラニュール及び担体との接触効率が高くなるので好ましい。
【００３３】
反応槽内のメタン菌グラニュールは、運転開始時の短期間の間、反応槽内でＣＯＤ成分の分解に寄与できれば良く、従って、通常のグラニュール法と比べて高い負荷をかけた運転が可能となる。例えば、汚泥負荷として、０．８〜３．０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙといった高負荷をかけることができる。一般に、このような高負荷条件では、グラニュールの解体、分散化が進行し、反応槽内にグラニュールを維持できないことが知られているが、本発明においては、グラニュールの解体、分散化が進行している間に担体への生物膜の形成が促進され、この間に活性の高い分散菌が担体表面に行きわたるようになり、以降は活性の高い生物膜が形成された微生物担持担体により、効率的な処理が行われるので、グラニュールの解体、分散化を防止する必要はない。
【００３４】
この場合、使用する流動性担体としては、特に制限は無いが、発泡により表面積を大きくすることができ、比重の制御が容易であることから樹脂製担体、例えばポリオレフィン系樹脂製担体、ポリウレタン樹脂製担体が好ましく、担体の平均粒径は１〜５ｍｍ、特に２〜４ｍｍであることが好ましい。
【００３５】
なお、ここで担体の粒径とは、例えば、立方体形状の担体であればその一辺に相当し、直方体形状の担体であればその最も長い辺に相当し、円柱形状の担体であれば円柱の高さ又は直径のうちの長い方に相当する。また、その他の異形形状の担体であれば担体を２枚の平行な板で挟んだ場合にその板の間隔が最も大きくなるときの板の間隔に相当する。
【００３６】
また、反応槽への原水の上向流速は３〜２０ｍ／ｈｒ、特に２〜５ｍ／ｈｒであることが、処理効率、ＣＯＤの分解効率の面で好ましい。
【００３７】
前述の如く、原水の有機物濃度としては、好ましくはＣＯＤＣｒ５００〜２０００ｍｇ／Ｌであるが、反応槽の負荷は５〜３０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ、特に８〜２０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙであることが好ましい。また、反応槽内の温度は２５〜４０℃、特に３０〜３８℃とすることが好ましい。また、反応槽の流入水のｐＨは６．５〜７．５程度であることが好ましく、従って、原水は必要に応じてｐＨ調整を行ってから反応槽に通水することが好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３９】
［実施例１］
図１に示す生物処理装置により、糖主体の合成排水（ＣＯＤＣｒ濃度１０００ｍｇ／Ｌ（ＣＯＤ成分の内訳：糖６０重量％、タンパク２０重量％、エタノール２０重量％）、ｐＨ６．８）を原水として処理を行った。
この生物処理装置は、原水をｐＨ調整槽１に導入してｐＨ調整した後、ポンプＰにより反応槽２に上向流で通水し、反応槽２の流出水の一部を循環水としてｐＨ調整槽１に循環すると共に、残部を処理水として系外へ排出するものである。１ＡはｐＨ計、２Ａ，２Ｂはスクリーンである。
【００４０】
運転開始時に、反応槽（容量１０Ｌ、直径1５ｃｍ、高さ約６５ｃｍ）２に、ポリオレフィン系樹脂製担体（円柱形、直径２ｍｍ、長さ３〜４ｍｍ）４Ｌと種汚泥としてメタン菌グラニュール（汚泥濃度６０ｇ−ＶＳＳ／Ｌ、平均粒径２．３ｍｍ）０．５Ｌを加え、原水はｐＨ調整槽１でアルカリ剤として水酸化ナトリウムを添加してｐＨ７．０に調整した後、ポンプＰにより反応槽２に以下の条件で上向流通水した。
【００４１】
＜通水条件＞
ＨＲＴ：２ｈｒ
上昇流速（ＬＶ）：３ｍ／ｈｒ
循環水流量：８９０ｍＬ／ｍｉｎ
温度：３０℃
【００４２】
その結果、運転開始後数日で処理能力（負荷）は１０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙ（汚泥負荷として１．３ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ）に到達した。このとき、反応槽２内の担体にはまだ生物膜が形成されていないため、投入した種汚泥が処理を行っていることになる。その後、６０日程度の運転で種汚泥として添加したメタン菌グラニュールは徐々に解体、分散化して反応槽から流出していき、その代わりに担体表面に生物膜が形成され、処理を行うようになった。
この実施例１における処理能力の経時変化を図２（ａ）に示す。
【００４３】
［比較例１］
実施例１において、運転開始時に、種汚泥として、メタン菌グラニュールの代りに分散嫌気汚泥（下水の消化汚泥、汚泥濃度４０ｇ−ＶＳＳ／Ｌ）６Ｌを加えたこと以外は同様にして処理を行った。
その結果、運転開始後数日で種汚泥として投入した分散汚泥は全て流出してしまい、わずかに付着した微生物により担体表面に生物膜が形成されていったが、処理能力（負荷）が１０ｋｇ−ＣＯＤＣｒ／ｍ３／ｄａｙに到達するためには約９０日の運転が必要であった。
この比較例１における処理能力の経時変化を図２（ｂ）に示す。
【００４４】
実施例１及び比較例１の結果より、非生物担体を用いた嫌気性処理において、種汚泥として従来の分散汚泥に代えてメタン菌グラニュールを用いる本発明によれば、低濃度廃水の処理であっても、通水開始後早期に処理能力を発揮させることができ、また、その後の運転で活性の高い生物膜を担体表面に形成させることにより、安定な高負荷運転を行えることが分かる。
【符号の説明】
【００４５】
１  ｐＨ調整槽
２  反応槽
３  流動性非生物担体
４  メタン菌グラニュール
【図１】
0005685902.tif 000002
【図２】
0005685902.tif 000003